我們?cè)?s店選車購車時(shí)，銷售顧問給我們介紹各個(gè)車型的參數(shù)、配置，經(jīng)常會(huì)聽到這款車是雙循環(huán)的，那款車是雙噴射的，還有另一款是雙增壓的，把我們這些汽車小白聽得一頭霧水。那么這些所謂的雙循環(huán)、雙噴射、雙增壓都是什么意思呢？
其實(shí)，這里面所說的雙循環(huán)、雙噴射、雙增壓都是指發(fā)動(dòng)機(jī)上的一些先進(jìn)技術(shù)。雙循環(huán)是指發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)具有奧托循環(huán)和阿特金森/米勒循環(huán)兩種工作循環(huán)模式，雙噴射是指發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)具有缸外電控燃油噴射和缸內(nèi)燃油直接噴射兩種燃油供給方式，雙增壓是指在發(fā)動(dòng)機(jī)上同時(shí)有廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓兩種增壓型式。
那么發(fā)動(dòng)機(jī)為什么要采用這樣的技術(shù)呢？這些技術(shù)有什么優(yōu)勢(shì)呢？下面我們?cè)敿?xì)地解析一下。
一、雙循環(huán)
現(xiàn)代汽車上所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，全稱是“往復(fù)循環(huán)式四沖程內(nèi)燃機(jī)”。它在工作時(shí)會(huì)往復(fù)重復(fù)四個(gè)循環(huán)：在進(jìn)氣沖程時(shí)進(jìn)氣門打開、排氣門關(guān)閉，吸入空氣或者可燃混合氣；在壓縮沖程時(shí)進(jìn)排氣門都關(guān)閉，將吸入的空氣或可燃混合氣壓縮；在做功沖程時(shí)進(jìn)排氣門都關(guān)閉，可燃混合氣點(diǎn)火推動(dòng)活塞下行做功；在排氣沖程排氣門打開、進(jìn)氣門關(guān)閉，將燃燒后的廢氣排出。這樣的一個(gè)工作循環(huán)稱為“奧托循環(huán)”，是由德國工程師尼古拉斯.奧托在十九世紀(jì)七十年代發(fā)明的，是現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)。
但是這種發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)缺陷，就是在做功沖程后期，氣缸中的廢氣還有很大壓力和很高的溫度，還含有很大能量的情況下，就已經(jīng)開始排氣沖程了，有一部分能量白白浪費(fèi)了。這就導(dǎo)致奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率不高，經(jīng)濟(jì)性不好。對(duì)此，英國工程師詹姆斯.阿特金森把奧托循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)做了改進(jìn)，利用一套復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在做功沖程的行程比壓縮沖程的行程更長（即膨脹比大于壓縮比），讓活塞在做功沖程時(shí)盡可能地伸展，充分利用廢氣的能量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)就稱為“阿特金森循環(huán)”。
但是實(shí)現(xiàn)阿特金森循環(huán)的機(jī)構(gòu)實(shí)在是太復(fù)雜了，故障率也很高，實(shí)用性不強(qiáng)，因此并沒有得到廣泛應(yīng)用。到了上世紀(jì)四十年代，美國工程師米勒對(duì)此做了改進(jìn)，不再用復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)，而是用改變進(jìn)氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻的方法來實(shí)現(xiàn)虛擬的膨脹比大于壓縮比，這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為“米勒循環(huán)”，它的功效與阿特金森循環(huán)是一樣的，只是實(shí)現(xiàn)的方式不同。現(xiàn)在米勒循環(huán)已經(jīng)被馬自達(dá)注冊(cè)成專利了，所以其它車企只能使用阿特金森循環(huán)了。
而到了現(xiàn)在，隨著電子技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上大范圍使用，人們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)出了可變進(jìn)氣正時(shí)系統(tǒng)，可以隨心所欲地隨時(shí)改變進(jìn)排氣門的開啟和關(guān)閉時(shí)刻，這樣就可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)阿特金森/米勒循環(huán)了，并且可以在奧托循環(huán)-阿特金森/米勒循環(huán)之間自由切換，這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)就稱為“雙循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)”。一般發(fā)動(dòng)機(jī)在中高負(fù)荷時(shí)使用奧托循環(huán)，在中低負(fù)荷時(shí)切換為阿特金森/米勒循環(huán)，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)在很多車企都在使用這個(gè)技術(shù)，比如豐田、大眾、本田、馬自達(dá)等。
二、雙噴射
傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)，即電噴系統(tǒng)，是把汽油噴射到進(jìn)氣門的前面，與空氣在氣缸外混合后再進(jìn)入氣缸壓縮燃燒。但是這種燃油供給方式，燃油噴射壓力小，汽油霧化不好，噴射量控制不夠精確，發(fā)動(dòng)機(jī)性能不同大幅度提升。因此，工程師開發(fā)了缸內(nèi)直噴燃油供給系統(tǒng)，噴射壓力更高，汽油霧化更好，噴射量更精準(zhǔn)，并且可以實(shí)現(xiàn)稀薄燃燒、分層燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能也可以較大幅度的提升。現(xiàn)在的乘用車基本都使用缸內(nèi)直噴燃油供給系統(tǒng)。
但是缸內(nèi)直噴燃油供給系統(tǒng)也有一個(gè)無法克服的缺陷，就是由于汽油不再經(jīng)過進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣門，無法清洗這些部位的積碳。而嚴(yán)重的積碳會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。對(duì)此，汽車工程師把氣缸外電控燃油噴射和缸內(nèi)燃油直接噴射融合在一起，使二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在低速時(shí)使用岐管噴射系統(tǒng)，可以有效的防止和清除進(jìn)氣門上的積碳；而在高速時(shí)使用缸內(nèi)直噴系統(tǒng)，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和降低油耗。
二者可以在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的控制下，根據(jù)汽車的具體工況適時(shí)切換，這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)性能更加優(yōu)越，積碳也較少。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)就稱為“雙噴射發(fā)動(dòng)機(jī)”，又稱為“混合噴射發(fā)動(dòng)機(jī)”。一般只應(yīng)用在比較高端的發(fā)動(dòng)機(jī)上，比如大眾的EA888 2.0T、豐田的D4ST、三菱的4B40等等。它的缺點(diǎn)是系統(tǒng)過于復(fù)雜，成本比較高。
三、雙增壓
現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基本可以分為自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)兩種類型。普通的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，活塞在進(jìn)氣沖程時(shí)下行，在活塞上方形成一定的真空度，把外界的空氣吸入氣缸。這種進(jìn)氣方式受結(jié)構(gòu)與充氣系數(shù)的限制，吸入的空氣數(shù)量有限，即使噴入更多的燃油也不能完全燃燒，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的性能受到了很大的制約，很難有效的提高。而增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是通過某種方式把空氣強(qiáng)制“壓”入發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就可以進(jìn)入更多的空氣，同時(shí)再噴入更多的燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就可以大幅度的提升。從理論上來講，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能可以無限制的提高，甚至可以達(dá)到同排量發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)倍以上。發(fā)動(dòng)機(jī)采用增壓技術(shù)，用較小的排量就可以獲得較大的動(dòng)力性能，這在以排量定稅率的中國和歐洲，是有很大優(yōu)勢(shì)的。
增壓發(fā)動(dòng)機(jī)又分為渦輪增壓和機(jī)械增壓兩種型式。世界上最早的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)就是采用機(jī)械增壓的。機(jī)械增壓器本質(zhì)上就是一個(gè)軸流式空氣壓縮機(jī)，它的前端通過皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連接。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，皮帶帶動(dòng)機(jī)械增壓器高速旋轉(zhuǎn)，把空氣加壓后送入發(fā)動(dòng)機(jī)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，從而達(dá)到提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能的目的。機(jī)械增壓器最大的優(yōu)點(diǎn)是只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)它就起作用，并且介入得非常平順，動(dòng)力輸出線性。但是機(jī)械增壓器的增壓作用有限，一般只能把發(fā)動(dòng)機(jī)性能提高20%左右，并且它只能在中低轉(zhuǎn)速起作用，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，機(jī)械增壓器自身消耗的能量較多，發(fā)動(dòng)機(jī)性能反而會(huì)下降。
再來看看渦輪增壓。現(xiàn)在市面上很多發(fā)動(dòng)機(jī)都是渦輪增壓的，柴油機(jī)基本全系列增壓。渦輪增壓器本質(zhì)上是一個(gè)徑流式空氣壓縮機(jī)。它的工作原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓廢氣，來推動(dòng)渦輪增壓器上的渦輪高速旋轉(zhuǎn)，然后渦輪帶動(dòng)同軸上的泵輪（壓氣機(jī)）高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把數(shù)量更多、壓力更高、流速更快的空氣送入發(fā)動(dòng)機(jī)，與此同時(shí)再向發(fā)動(dòng)機(jī)中噴入更多的燃油參與燃燒，這樣就可以大幅度的提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得以提升。
顯然，渦輪增壓器越大，轉(zhuǎn)速越高，持續(xù)的時(shí)間越長，增壓作用越顯著。而在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于排出的廢氣量較少，渦輪轉(zhuǎn)速較低，同軸上的泵輪轉(zhuǎn)速也不高，增壓作用不明顯甚至不增壓；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定程度時(shí)，渦輪增壓作用突然增強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力突然上升，這就造成了所謂的“渦輪遲滯”現(xiàn)象。渦輪增壓器渦輪越大，這種遲滯現(xiàn)象越明顯。這是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)之一，它導(dǎo)致的后果是：汽車在低速行駛時(shí)動(dòng)力不足，在某一個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)突然發(fā)力，動(dòng)力來得非常突兀，駕駛感受不好。
兩相對(duì)比你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，機(jī)械增壓與渦輪增壓的優(yōu)缺點(diǎn)正好相反，二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相輔相成，如果把它們結(jié)合起來，不就非常完美了嗎？正因?yàn)槿绱耍嚬こ處熼_發(fā)出了渦輪增壓器+機(jī)械增壓器的混合式雙增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。在低速時(shí)機(jī)械增壓器起主要作用，在中高速時(shí)渦輪增壓器起主要作用，渦輪遲滯現(xiàn)象基本杜絕，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低速、中速和高速時(shí)都能有較好的性能。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)價(jià)格是比較昂貴的，一般只應(yīng)用在比較高端的車型上，比如高爾夫GTI、路虎攬勝等。
此外，在V6、V8、V12等發(fā)動(dòng)機(jī)上，由于排氣管分置于發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)，通常也使用兩個(gè)渦輪增壓器，這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常也被稱為“雙增壓”。但它的本質(zhì)是“雙渦輪”而非“雙增壓”。還有些車型，在進(jìn)氣系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了獨(dú)特的進(jìn)氣管路，可以利用進(jìn)氣的波動(dòng)效應(yīng)產(chǎn)生類似于增壓的效果，稱為“進(jìn)氣諧波增壓”，如果它還有一個(gè)渦輪增壓器，有些廠家也把它稱為“雙增壓”，但是它的本質(zhì)是進(jìn)氣管路的改變，不能算作雙增壓。
以上就是發(fā)動(dòng)機(jī)雙循環(huán)、雙噴射、雙增壓技術(shù)的簡單介紹。在現(xiàn)代的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，這些技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且大面積應(yīng)用，有效的提升了發(fā)動(dòng)機(jī)各方面的性能。不過現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)似乎已經(jīng)走到了頂點(diǎn)，再向上提升是非常困難的，電動(dòng)化才是未來的趨勢(shì)。
